탯줄도 없는데 숨은 어케 쉬지?

쥐가오리 태아의 호흡을 위한 특별한 방법

앞서 다룬 바와 같이 쥐가오리는 단순한 난태생으로 분류되기엔 복잡하고 진화된 번식방법을 갖고 있다.

의문점이 하나 생기는 부분이 있다면 일반적인 태생의 겨우는 태아가 태반에 연결된 탯줄을 통해 영양분과, 산소를 공급을 받을 수 있으나, 쥐가오리와 같은 무태반태생의 경우는 어떻게 자궁 내에서 산소를 얻을 수 있을까? 이에 대한 연구 또한 츄라오미 수족관에서 진행된 이력이 있어, 이를 소개해보고자 한다.

생활양식에 따라 크기가 다른 분수공

이번에도 인지하고 있어야 할 사전지식이 있다.

분수공(Spiracle)이라는 기관인데, 은상어를 제외한, 연골어류 대부분 가지고 있는 호흡보조기관이다. 눈 뒤에 작은 구멍의 형태로 생겼으며, (놀랍게도 동물의 귀와 상동기관이다.. 분수공이 사실 귀와 그 기원이 같다는..)아가미와 함께 작용하는데.. 아가미를 통해 물을 흘려 산소를 공급을 받는 게 필연적으로 쉽지 않은 저서형 가오리 또는 상어(땅바닥에 처박혀 시간을 보내는..)들이 이를 아주 유용하게 이용한다. 그러한 생태에 의해 저서형 연골어류들은 대게 분수공이 크게 발달하게 된다.

반면, 대양을 유영하는 연골어류는 분수공이 매우 작거나, 아예 퇴화된 경우(귀상어가 이에 해당)도 있다. 이런류에 해당하는 어류들은 호흡을 위해 아가미에 산소를 흘려보내야 하기 때문에 계속해서 헤엄을 처야만 한다. 이러한 호흡법을 “람환수(Ram ventilation)”이라고 지칭한다.

Ram ventilation

그렇다면 이야기의 주인공 쥐가오리는 어떨까?

쥐가오리 또한 평생을 유영하는 어류로 익히 알려져 있고, 역시 분수공이 크기가 매우 작고 구멍이라고 하기보다는 하나의 작은 틈 같은 느낌으로 존재한다. 사실상 기능하지 않는다고 볼 수 있으며, 호흡방식 또한 람환수를 채택하고 있음을 알 수 있다.

Mobula hypostoma의 분수공(Spiracle)

그럼 의문점이 생기는 게 쥐가오리 어미의 자궁 내 태아는 호흡방식이다

분명 “무태반태생”이다 보니, 탯줄이 없어 산소를 공급을 받을 수 없다. 그리고 자궁이라는 한정적인 공간에서 헤엄을 치며 람환수를 할 수 도 없을 것이다.

이들은 어떻게 호흡을 할 수 있는 것일까?

이 또한 츄라오미수족관에서 연구를 통해 사실을 규명했다. 초음파실험으로 자궁 내 태아의 움직임에서 힌트를 얻어낸 것이다.

호흡하는 태아의 초음파사진

쥐가오리 태아의 호흡 메커니즘

결론부터 말하자면, 쥐가오리의 태아는 자궁 내에서 호흡을 위해 “분수공”을 이용한다. 분수공을 이용하여 산소를 포함된 자궁액을 흡입하여 호흡에 이용하게 된다

호흡방법을 단계화한다면

1. 분수공을 통해 자궁액 흡입 - 흡수된 자궁액을 입으로 이동시킴

2. 입을 규칙적으로 여닫기 - 자궁액을 압축

3. 산소흡수 - 태아의 혈액으로 산소가 확산되며 흡수

4. 분수공을 통해 이산화탄소 배출 - 사용이 완료된 자궁액 배출

.. 이를 “구강펌핑호흡”이라고 한다.

단계를 보아 알다시피, 태아의 분수공은 호흡의 주된 메커니즘으로 이용된다.

다만 한 가지 의문이 생기는데, 쥐가오리의 분수공은 매우 작고, 실제로 성어는 람환수기법을 통해 호흡을 하는데 어떻게 분수공을 사용할 수 있을까?

성장에 따라 작아지며 모양이 변하는 분수공

이는 태아가 성어가 되는 과정에서 알 수 있다.

쥐가오리 태아가 자궁에 있는 기간 동안은 분수공은 매우 크고 타원형의 형태를 하고 있다. 이 시기에 전체 몸의 약 0.7% ~ 1.1% 정도를 차지한다.

그리고 쥐가오리의 출생직후 여전히 큰 분수공을 갖고 있지만, 성장하면서 급격한 속도로 작아지기 시작했다. 이 시점 구강펌핑호흡에서 람환수로 새로운 호흡메커니즘을 이용하기 시작한 것이다.

그리고 완벽한 성체가 되었을 때 분수공은 거의 닫히고 작은 틈의 형태로 남게 된다. 크기도 많이 작아져 전체 몸의 0% ~ 0.3% 정도밖에 차지하지 않는다.

이때부터 분수공은 물을 흡입하는 기능 또한 상실하게 된다.

이러한 생리적 변화는 쥐가오리가 다양한 환경에서 생존할 수 있도록 돕는 하나의 적응전략이라 볼 수 있으며 진화적으로도 매우 흥미로운 부분이다. 이 발견은 다른 가오리 근연종의 연구에도 크게 기여할 수 있는 자료이다. 츄라오미수족관에서 이러한 실험을 진행하지 못하다면, 쥐가오리 태아의 호흡메커니즘과 성장 간 분수공의 변화와 같이 해양생물학에 있어 중요한 발견을 하지 못했을 것이다. 이런 지속적인 연구를 지속할 수 있는 것이 아쿠아리움;수족관에 존재 의의 중 하나인 것 같다.